Bonjour,
En complément de la discussion de l'interaction matière rayonnement en radiothérapie, je me suis posé la question comment peut on expliquer que certain matériau sont transparents dans une gamme de fréquence et opaque dans une autre.
Exemple la transparence du verre dans le visible, ( peut être le verre à des bandes opaques vers UV )
Merci de m'éclairer sur le sujet !
En science " Toute proposition est approximativement vraie " ( Pascal Engel)
Bonjour Calculair.
Je ne pense pas qu'il existe une explication générale.
L'interaction des ondes (lumière, UV, rayons X, etc.) peut se comprendre facilement par l'interaction avec les électrons. Par exemple, que le verre absorbe les UV, ou que le potassium devient transparent aux UV.
Par contre que la section efficace des particules dépende "à l'inverse" de leur vitesse, je ne l'ai jamais compris (mais ce n'est pas mon domaine). Comme le fait qu'il faille thermaliser les neutrons dans un réacteur.
Cordialement,
bonjour LPFR,
Mes cours sont un peu loin, mais j'imagine que les photos hf inter agissent avec les électrons de valences ou les électrons libres. ( pour les photons de haute énergie avec des couches plus profondes ? )
en électromagnétisme et pour de faible épaisseur, je me souviens vaguement des ondes évanescentes
Ces phénomènes me font penser un peu à l'effet tunnel, mais il semble que les mécanismes peuvent être différents. Il est vrai qu'avec la dualité onde corpuscule, on peut avoir des visions différentes d'une même interaction
Peut être un spécialiste du nucléaire apportera une vision complémentaire.
Il est vrai que l'on a tendance à penser comme normal que le verre soit transparent et le teflon qui est aussi isolant opaque, et du coup on oublie de se poser la question....
Bien cordialement
En science " Toute proposition est approximativement vraie " ( Pascal Engel)
Bonjour,
Je vois ça comme le fait qu'il faut courir le plus vite possible pour traverser la rue avec l'espoir (l'"espérance") d'échapper aux balles du sniper, qui tire à une cadence limitée.Envoyé par LPFR
... Enfin l'inverse : en l'occurrence, je cherche plutôt à éviter toute interaction de mon buffet avec les bastos !
Dernière modification par Nicophil ; 04/12/2013 à 12h42.
La réalité, c'est ce qui reste quand on cesse de croire à la matrice logicielle.
la collision d'une particule avec une autre particule peut en général être considérée comme le "scattering" dans un champ (coulombien souvent). Si la particule a de très grandes énergies cinétiques comparée à l'énergie potentielle dans ce champ, elle va tout simplement "passer à travers".
Re.
Merci. Mais je trouve cette explication un peu simpliste.
Le "scattering" serait élastique à grandes énergies et "plastique" à faibles énergies.
Je ne le "vois" pas. (Même si c'est le cas).
Et ces interactions ne sont vraiment pas du "scattering".
A+
Bonjour,
Il faut thermaliser les neutrons dans un réacteur ... à neutrons thermiques , c'est à dire à 235 U .
Je vous laisse chercher la courbe de section efficace - c'est à dire la probabilité - de fission de 235U en fonction de l'énergie des neutrons et vous trouverez la réponse sans peine, je crois .
Un réacteur à 235 U sans thermalisation des neutrons, ne divergera jamais .
Maintenant , il ne faut pas généraliser , toutes les réactions nucléaires ne sont pas toutes les plus probables , avec des neutrons thermiques .
Bonjour Catmandou.
La question que je posais était "Pourquoi la section efficace la réaction neutron avec U235 augmente quand on diminue la vitesse des neutrons ?"
Et ce n'était qu'un exemple, car il y a d'autres sections efficaces qui augmentent aussi en diminuant la vitesse, comme des protons avec les tissus biologiques.
Cordialement,
Re,
Bien, là, on entre dans la physique du noyau composé , cherchez la cause et non pas l'effet ...
Une bonne approche , ici, à partir des pages 25, 29 , mais ce n'est qu'une approche ...Peut être même un peu dépassée aujourd'hui , mais je suis incompétent pour juger .
http://sites.uclouvain.be/term/cours...MECA2600_1.pdf
Re.
Merci Catmandou.
Il y a peut-être quelque chose d'intéressant dans le pdf. Il faut que je le lisse plus attentivement.
Mais ce qui me gêne encore est que si cela explique les réactions avec le noyau, ça n'explique pas les réactions des protons avec le vivant (dans les radiothérapies avec des protons). Car je pense que cette interaction ne se fait pas avec les noyaux, mais je ne suis pas sur. Il faudrait que ce soient des réactions nucléaires avec le carbone ou l'hydrogène.
Je lirais ça au calme demain.
Merci encore.
Cordialement,
Bonjour Catmandou.
J'ai regardé le pdf un peu plus lentement. Il n'est pas commode car il contient surtout des formules et très peu d'explications. Et déduire les explications à partir des formules n'est pas très commode.
Je crois comprendre que la réaction nucléaire présente des résonnances là ou l'énergie des particules incidentes correspond à l'énergie entre deux états du noyau. Et que, cette énergie semble se situer du côté des eV et non au delà. Ce qui explique qu'il faille modérer les neutrons pour le 235.
Mais cette explication, surement correcte, est en contradiction avec mes souvenirs la spectroscopie gamma, dans lequel les gammas issus des noyaux excités tombaient dans les centaines de keV ou au delà. Elle ne colle pas non plus avec la bombe d'Hiroshima. Car, si pour avoir une réaction en chaine avec 5% de U235, il faut thermaliser les neutrons, pour l'avoir avec des neutrons énergétiques, il "suffit" que la concentration soit de 90 %.
Ça ne colle pas non plus avec la proton-thérapie. Les protons ont un pic d'absorption en fin de course. Mais si cette fin de course correspond à une diminution de leur énergie, cela veut dire qu'ils ont perdu le reste en cours de route. Et le reste semble être la majorité car ce sont des protons à 250 MeV. Et s'ils ont perdu cette énergie, par quel processus l'ont-ils perdue ? Ionisation ? Chocs "mécaniques" ? Mais ce semble être un processus qui maltraite les tissus beaucoup moins que l'absorption en fin de course.
Bref, il reste encore un tas de choses dans les interactions particules-matière que je n'ai pas compris.
Cordialement,
Bonjour,
On ne peut pas tout mélanger , et si je n'ai pas participé en début de post , c'est parce que le sujet était trop vaste .
Les réactions nucléaires obtenues à partir de noyaux composés ou excités, c'est une première chose, on obtient , en simplifiant , des noyaux radioactifs .
La désintégration de ces noyaux radioactifs ( qui ont oublié leur mode de production) , se termine souvent par émissions gammas , d'où la spectro gamma .
Oui, dans les réacteurs "civils" , il faut thermaliser les neutrons à cause du faible enrichissement du combustible en 5U , à cause de la présence d'un fluide caloporteur , tout ceci conduit à une géométrie donnant beaucoup de neutrons perdus , d'où la nécessité de ralentir ceux qui restent pour augmenter la probabilité de nouvelles fissions sur l' 5U .
La situation de la bombe est différente : l' 5U militaire est quasiment pur , pas de fluide caloporteur , donc une géometrie idéale : donc, à condition de réunir les 2 demi-blocs qui vont constituer la masse critique, la réaction va se développer uniquement sur les neutrons de fission d'énergie de 2 MeV environ, le tout avec un très mauvais rendement malgré le résultat spectaculaire ...
Il est à noter que la masse critique en 5U pur, sous forme shérique ( celle présentant le moins de fuites de neutrons pour un volume donné ) est d'environ 56 kg ( et non pas 4kg comme vu dans un énoncé d'exercice récent ) . On peut descendre cette masse à environ 15 kg , mais pas moins, en utilisant un réflecteur approprié entourant la sphère .
Pour en revenir à l'utilisation des protons dans le milieu médical , il faut les considérer comme un rayonnement ionisant " comme les autres" agissant sur les cellules ou les molécules , avec leur particularité propre en matière de pénétration et de dépôt d'énergie contrôlable et bien ciblé .
Une approche sur l'action des rayonnements ionisants ici :
http://biochimej.univ-angers.fr/Page...4/1Cours4.htmp
Dans cette discusion, nous avons parcouru 4 domaines totalement différents , à mélanger avec prudence .
Je double le lien : ce dernier fonctionne ;
http://biochimej.univ-angers.fr/Page...s4/1Cours4.htm
Dernière modification par catmandou ; 05/12/2013 à 09h53.
Bonjour,
Je tente une explication, mais peut être elle est totalement erroné....
Si un photon de haute énergie pénètre la matière, ce dernier ne peut interagir avec des électrons profonds ou si les photons sont de très haute énergie avec le noyau.
La section efficace de la matière par élément de longueur diminue avec l'énergie incidente.
Les photons en interagissant avec la matière, créent des émissions secondaire d'électron et de rayonnement d'énergie moindre. En même temps que le faisceau initial crée une diffusion de photons et de particules d'énergie moindre. La section efficace du matériau ace rayonnement induit est plus importante, alors l'interaction est plus forte.
Cette approche permet peut être d'expliquer le début des courbes.
Pour les protons,il se peut qu'il y ait un freinage, et lorsque l'énergie permet une interaction avec des électrons des couches atomiques, alors il y a une forte absorption....
Je ne suis pas totalement satisfait de cette vision car je ne suis pas sur de mes hypothèses. Peut être elle inspirera ...
En science " Toute proposition est approximativement vraie " ( Pascal Engel)
Bonjour,
Toutes les interactions rayonnements - tissus sont bien résumées ici , ce qui est déjà un bon début , mais début seulement ....:
http://en.wikibooks.org/wiki/Radiati...n_Interactions
Et ceci pour dire que c'est seulement un résumé interactions rayonnement- tissus humains ;
C'est strictement impossible de vouloir résumer en 10 lignes , interactions rayonnements- matière
Dernière modification par catmandou ; 06/12/2013 à 09h23.
Bonjour Catmandou.
On retombe sur la même phrase:
The interactions (and thus energy loss) become more frequent at slower energies.
Mais sans explications.
Cordialement,
Bonjour LPFR,
C'est juste parce que, vérité de La Palisse , la section efficace de la réaction croît quand l'énergie du proton décroît !
Mais ne me demandez pas pourquoi !!!
http://www.aapm.org/meetings/05AM/pd...6-65735-22.pdf
Bonjour,
L'explication que j'ai donné au post N°13 ne peut elle pas constituée un début d'explication. ?
En science " Toute proposition est approximativement vraie " ( Pascal Engel)
Bonjour,
Du point de vue quantique, l'interaction du rayonnement ou de la particule est maximum quand la cible à un niveau d'énergie comparable à la particule ou au rayonnement incident. ( Cette affirmation est à valider )
Plus la cible a une énergie de cohésion élevée, plus elle est petite ( électron de valence 10 eV, électron des couches internes jusqu'a environ quelques MeV je crois, puis noyaux en centaines de MeV )
Voila ma vision pifometrique
En science " Toute proposition est approximativement vraie " ( Pascal Engel)
Re-bonjour Catmandou.
C'est précisément le "pourquoi" qui m'intrigue.
Et tout cas la courbe de la première page me semble plus "logique". Le proton perd de l'énergie à un rythme constant durant les 200 premiers millimètres puis perd le reste "d'un seul coup" dans les 50 suivants.
Si la perte d'énergie perdue par cm dans la zone du pic de Bragg est 2,5 fois que celle dans la première zone, la dosse totale n'est que 1/3 dans la zone finale par rapport à la perte dans la zone de "faible" absorption.
Ceci correspond à quelque chose de plus compréhensible de section efficace constante jusqu'à ce que l'énergie restante soit faible.
Je sors. Je continuerai à mon retour.
Cordialement,
Re bonjour LPFR , calculair ,
Bon, pour les protons, il fallait revenir à l'interaction des particules chargées avec la matière :
"Le pouvoir d'arrêt est proportionnel à l'inverse du carré de la vitesse " .
La justification est là ( en fait, elle est classique pour les particules chargées ...) :
http://imrt1.lgm.free.fr/physique/pa...es_matiere.pdf
Re.
L'interaction des électrons et des protons se fait avec les électrons (en dehors de réaction nucléaires pour les protons).
Côté énergie, il y a à revendre. L'énergie des électrons les plus internes est dans keV. Donc, pas besoin d'avoir un niveau d'arrivée avec le bon écart d'énergie. Avec des énergies élevées on peut envoyer valser les électrons de n'importe quel niveau.
Que je sache, les électrons ne présentent pas la propriété de augmenter leur section efficace quand ils diminuent d'énergie. C'est une propriété des photons et des neutrons pour des réactions nucléaires.
Si on regarde la courbe du dernier lien de Catmandou, la section efficace des protons reste constante jusqu'au pic de Bragg. Et l'interaction qu'ils ont avec la matière avant le pic, est électronique et non nucléaire.
Est-ce que le pic de Bragg est nucléaire ? Je ne le sais pas. Mais si c'est le cas, avec quel noyau ? Car il a lieu aussi (ou surtout ?) dans l'eau. Si c'est le cas ça donne quoi le proton qui tape un oxygène ?
Catmandou doit le savoir ou savoir le trouver.
Et pourquoi on appelle ça le pic de Bragg. Je ne pense pas que Bragg ait travaillé avec des protons qui "n'existaient pas" à son époque. Et le nom de Bragg fait penser à de la diffraction. Ce qui s'explique mal pour l'eau. Peut-être qu'il l'a trouvé pour des particules alpha dans l'air (qui présentent le même pic). C'est un peu juste comme timing car il est mort en 1909..
Je ne pense pas que l'explication de Calculair à propos de petites sections efficaces dues à la petite taille de la zone occupée par les électrons les plus internes. Cela ne colle pas avec les échelles d'énergie. Et une fois de plus les protons ou les électrons peuvent aussi bien taper sur un électron interne que de valence.
Cordialement,
Bonjour Catmandou et LPFR,
Le fameux pic de Bragg serait du à une absorption d'énergie par ionisation.
Le proton semble être freiné, puis provoque des ionisation dans le milieu, puis s'arrête.
Il semble que l'on ait le même phénomène avec des alpha, mais l'énergie délivrée augmente plus rapidement qu'avec les protons avant le pic de Bragg
Avec les photons , le phénomène est différent, mais il existe aussi un maximum à une pondeur croissante avec l'énergie
En science " Toute proposition est approximativement vraie " ( Pascal Engel)
Bonjour Catmandu et Calculair.
J'ai commencé à lire le dernier lien. Il décrit la perte d'énergie par unité de longueur avec la formule de Bethe. Mais quand un regarde cette formule dans wikipedia, on s'aperçoit qu'elle fonctionne bien à des énergies au delà de 100 keV mais pas du tout pour des faibles énergies. C'est la courbe que l'on trouve aussi sur le lien. La formule de Bethe est la courbe rouge; et les petits points, les données expérimentales. On peut difficilement l'utiliser pour expliquer le pic de Bragg.
Et ça ajoute à mes interrogations. Quelle est la raison du 1/v² dans la formule de Bethe. Elle est peut-être plus facile à trouver car plus précise.
La preuve, j'ai cherché et trouvé. ici.
Le transfert d'énergie se fait par le transfert de moment perpendiculaire à la trajectoire. Ce transfert dépend de la force par le temps. Il s'agit de force électrostatique entre la particule et un électron de la matière. Plus la vitesse est faible, plus la force agit longtemps sur l'électron. C'est cela qui donne le 1/v pour le transfert de moment et 1/v² pour l'énergie.
Bon, je crois que j'ai presque compris l'origine du pic de Bragg. (À condition qu'il soit moins pointu que ce l'on dessine habituellement.)
Cordialement,
Bonjour à tous les physiciens et à LPFR et catmandou.
J'ai fait de nombreuses recherches, et les documents ne sont pas toujours très clairs pour moi. Les documents fait par les médecins sont les moins clairs mais ils ont l'avantage d'être synthétiques.
Je ne suis pas spécialiste en mécanique quantique, alors je me suis contenté pour l'instant d'une approche classique.
Je ne suis pas arrivé au bout du bout, mais j'ai fait je pense une bonne partie du chemin.
Je vous joints mes cogitations et peut être vous m'aiderez à finaliser.
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En tous les cas l'interaction est d'autant plus importante que la vitesse de la particule diminue.
Elle s'arrête quand sa vitesse devient nulle.
Je n'ai pas encore réussie à tracer la courbe pour des électrons, des protons ou des alpha. pour voir les allures correspondantes.
En science " Toute proposition est approximativement vraie " ( Pascal Engel)
Bonjour Calculair.
C'est bien l'approche classique qui est faite dans le second lien que j'avais trouvé. Je ne suis pas rentré dans les détails des deux démonstrations (la vôtre et celle du lien) mais je crois que cela revient au même.
Le seul hic se trouve dans le comportement à faibles énergies (< 100keV), ou les pertes d'énergie expérimentaux restent dans les mêmes eaux au lieu de diverger quand V -> 0.
J'ai lu que l'explication est qu'en basses énergies la particule chargée attrape des électrons et du coup devient moins chargée et l'interaction diminue. Je trouve l'explication un peu difficile à croire à ces énergies. Mais ce n'est pas mon domaine. Mais surtout elle ne fonctionne pas pour les protons qui une fois qu'ils ont capturé un électron ne sont plus chargés.
Ce calcul ne semble pas être applicable aux électrons. Mais je n'ai pas trouvé la raison.
Au revoir.
Bonjour LPFR,
Le calcul présenté est une modélisation un peu simpliste nous en avons conscience.
J'aimerai le conduire à son terme.
Apres il faudrait le corriger en tenant compte de la densité des atomes, ou molécules dans l'eau ( c'est le milieu de référence pour ces manip )
Il semble que le choc frontal particule / atome, soit extrêmement rare.
Il doit y avoir des phénomènes de résonance quand l'interaction échange des énergies égales à l'énergie d'ionisation des atomes du milieu ( hydrogène et oxygène )
Si les énergies sont celles du noyau, disons supérieure à 500 keV, je me demande si l'approche reste valable, car l'interaction avec le cortège électronique diminue au profit des interactions nucléaires sans doute.
Quand un proton, se récupère un électron, il change de volume !, pour moi c'est un atome d'hydrogène... cela doit perturber la pénétration et les échanges d'énergie.
Amicalement
Dernière modification par calculair ; 08/12/2013 à 08h18.
En science " Toute proposition est approximativement vraie " ( Pascal Engel)
Bonjour à tous,
j'arrive un peu après la bataille mais j'ai trouvé quelques explications intéressantes dans un ouvrage de physique/radioprotection (les grandes idées ont déjà été mentionnées par LPFR ou calculair).
Les particules chargées interagissent majoritairement selon deux processus : par interaction coulombienne responsable d’excitations et ionisations des électrons du milieu traversé et par collision inélastique avec les noyaux du milieu. Pour une interaction coulombienne assez intense, le transfert d’énergie est suffisant (>*10*eV) pour arracher l’électron de l’atome auquel il est lié ; si l’énergie transmise à l’électron secondaire est importante, ce dernier ionise à son tour les électrons du milieu. En revanche, pour un transfert d’énergie insuffisant pour l’ionisation, un processus d’excitation des électrons du cortège peut avoir lieu. Dans cet effet, l’électron excité transite d’un état d’énergie de liaison orbital E0 à un état d’énergie final moins lié E1. Un rayonnement X d’énergie E1 – E0 est alors émis pour compenser le déséquilibre énergétique provoqué par cette transition. Ces deux interactions sont également de type inélastique, puisqu’elles modifient l’état initial de l’atome cible.
Ainsi les particules chargées ralentissent de part la perte d’énergie tout au long du parcours dans la matière. Cette caractéristique se différencie de la notion d’atténuation avec transfert d’énergie à des particules secondaires chargées pour les particules indirectement ionisantes comme les neutrons ou photons. Première conséquence*: si l’épaisseur du matériau traversée est suffisante, le ralentissement conduit à l’arrêt complet de la particule chargée.
La différence entre un électron et une particule lourde chargée (p, alpha ..) animée d’une même énergie cinétique à l’entrée d’un tissu biologique sera la vitesse (de part la différence des masses)
À énergie cinétique équivalente, l’électron est donc 84 fois plus rapide que l’alpha. À l’opposé, à vitesse égale, l’énergie cinétique d’un électron serait environ 2000 fois plus faible que celle d’un proton et 8000 fois plus faible que celle d’un alpha.
En conséquence, l’alpha est beaucoup plus lent que l’électron dans un même milieu et on peut grossièrement postuler «*qu’il passe davantage de temps*» au voisinage des électrons du cortège électronique environnant son passage, qu’un électron incident de même énergie. Cette relative lenteur est responsable d’un effet direct sur l’énergie transférée aux électrons du cortège.
On montre (via la quantité de mouvement) que l'énergie transférée aux électrons par les alpha et très supérieure à celle des électrons transférés par les électrons. Néanmoins, l’énergie transférée pour les particules lourdes chargées est limitée par les lois de conservation de la quantité de mouvement et de l’énergie cinétique*: l’électron ne peut emporter plus de 1/2000 de l’énergie de l’alpha. Par conséquent, l’énergie cinétique importante transférée au milieu par la particule lourde chargée se fera en faibles quantités, au travers d’un grand nombre de collisions sur les électrons du cortège électronique environnant le passage de la particule chargée. Par ailleurs, si l’électron a la possibilité de céder toute son énergie lors d’une seule interaction coulombienne, ce cas de figure n’est significativement probable qu’en fin de parcours, donc à faible énergie, avec de fait un transfert d’énergie extrêmement faible à l’électron du milieu.
Concernant les ions, on note l’importance de dépôt d’énergie vis-à-vis de celui des électrons pour une énergie équivalente et une augmentation permanente de ce dépôt à mesure que l’énergie diminue jusqu’à environ 100 keV*; en deçà, le processus s’inverse. En effet, à basse énergie (environ 100*keV/nucléon), la formule de Bethe et bloch (citée par LPFR) n’est plus valable, la particule présente au milieu une charge effective zeffe < ze qui décroît continûment quand l’énergie diminue. En effet, à mesure que la vitesse diminue, des électrons libres du cortège ont tendance à se coupler avec l’ion incident, diminuant ainsi sa charge «*visible*» par le milieu. Ceci explique le pic de bragg.
En espérant n'avoir pas trop trahi la pensée des auteurs.
PSR
